协程与线程调度的原理之对比

在上一篇文章中，我们探讨了协程启动的原理。其中，block 段 lambda 表达式就是协程，而 launch 则是对基础 API 的封装，其特性之一就是可以指定协程的上下文。

然而，在更早的时候，线程一直是并发编程的主流方式。那么，协程和线程有什么区别呢？它们在调度原理上又有何不同？本文将深入分析协程和线程的原理，帮助读者理解并发和并行的本质。

协程与线程

协程

协程是一种轻量级的并发原语，它允许程序员编写并发代码，而无需显式创建和管理线程。协程在用户态运行，由协程库管理，可以极大地降低上下文切换的开销。

协程的特点包括：

• 轻量级： 协程的内存占用和栈空间都非常小，比线程轻量得多。
• 非抢占式： 协程的执行由协程库控制，不会被其他协程抢占。
• 用户态执行： 协程在用户态运行，不受操作系统内核的调度，因此上下文切换开销极低。

线程

线程是操作系统提供的并发原语，它是一种独立执行的代码单元。线程拥有自己的栈空间和寄存器，可以并行执行。线程的特点包括：

• 重量级： 线程的内存占用和栈空间都比较大，比协程重得多。
• 抢占式： 线程的执行可以被其他线程抢占，这可能会导致线程饥饿。
• 内核态执行： 线程在内核态运行，受操作系统内核的调度，因此上下文切换开销较高。

调度原理对比

协程和线程的调度原理也有所不同。

协程调度

协程库通常采用协程调度器来管理协程的执行。调度器负责将协程挂起和恢复，并维护协程的执行顺序。协程调度器通常实现为一个循环，它不断从就绪队列中取出协程并执行它们。

当一个协程遇到 I/O 操作或其他阻塞操作时，它会将自己挂起，并将控制权交还给调度器。调度器将该协程从就绪队列中移除，并在 I/O 操作完成后将其重新放入队列中。

线程调度

线程调度由操作系统内核负责。操作系统内核维护一个就绪队列，其中包含所有可运行的线程。内核调度器会从就绪队列中选择一个线程并将其分配给 CPU 执行。

线程调度通常采用抢占式调度算法，这意味着一个线程可以随时被另一个优先级更高的线程抢占。这可以确保高优先级线程能够及时执行，但同时也可能导致低优先级线程饥饿。

适用场景

协程和线程在并发编程中都有各自的适用场景。

协程适合于以下场景：

• 大量 I/O 操作或阻塞操作的场景。
• 需要控制并发度的场景。
• 需要在多个协程之间频繁切换的场景。

线程适合于以下场景：

• 需要高度并行的场景。
• 需要访问底层硬件资源的场景。
• 需要与操作系统进行交互的场景。

结论

协程和线程是两种不同的并发原语，各有其优点和缺点。协程轻量级、非抢占式，适合于大量 I/O 操作或阻塞操作的场景。线程重量级、抢占式，适合于需要高度并行的场景。

在实际的并发编程中，开发者需要根据具体的需求选择合适的并发原语。通过了解协程和线程的调度原理，开发者可以更好地理解并发编程的本质，并编写出高效、可扩展的并发程序。